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放射卫生基础知识 陈克玲 第一节放射性和放射性核素 一 原子结构1 1原子组成 原子由原子核和核外绕行电子组成 原子核带正电 电子带负电 电量相等因此原子本身不显电性 1 2 原子核1 2 1原子核组成 原子核由质子 P 和中子 N 组成 1 2 2原子的重量 集中在核子上 用符号A表示 A称为原子核质量数 即为原子所含质子数和中子数之和 质子的质量数 1 6002 10 24g 中子的质量数为 1 6249 10 24g 所有原子核的质量与12C原子质量的1 12相比都非常接近一个整数 12C原子质量的1 12的质量数 1 66043 10 24g 此值即为原子质量单位 以 表示 1 3 原子结构式通常人们把质量数为A 质子数为Z 中子数为N的某种原子 X 标记为原子结构式能清楚地表明某原子的组成 如238U 原子核 电子 原子 92 二 放射性与放射性核素 一 放射性核素1 1放射性衰变 原子核自发地衰变放出 射线 射线 射线的现象 1 2放射性核素 具有放出射线特性的核素 天然 人工 1 3同位素 在元素周期表中处于同一位置 质子数相同中子数不同的核素 如1H 2H 3H 同位素不都是放射性核素 同位素中各天然含量的百分比称为同位素丰度 如氧有三种稳定同位素16O 17O 18O 它们的同位素丰度分别为99 756 0 0039 0 205 1 4同质异能素 激发态寿命较长的原子核称为基态原子核的同质异能素 其表示方法是在核素符号的质量素A之后加写m 表示原子核处于亚稳定状态 如87mSr为87Sr的同质异能素 38 38 二 核衰变类型及规律 2 1 衰变 定义 放射性核素的核自发地放出 粒子变为另一种新核素的过程 A衰变式 Z衰变特点 粒子实际上是原子 在空气中射程短 穿透力弱 但电离本领大 防护材料 一张纸可档住 粒子 主要考虑内照射 2 2 衰变 定义 有三种类型即 电子俘获 母 子体核间只发生原子序数的增减 中子和质子转换 不改变其质量数 衰变过程 是核内中子变为质子 即z 1 电子俘获则是核内质子变为中子 即z 1 粒子能量分布可以从零到最大值 形成连续能谱 在能量约1 3处 谱线有一峰值P3 一般图表上所给出的能量 都是指它们的最大能量 电子俘获 EC 原子核从核外俘获一个电子 使核内一个质子变 X A 4 Z 2 Y 4 2 He Q 4 He 2 二 核衰变类型及规律 2 1 衰变 定义 放射性核素的核自发地放出 粒子变为另一种新核素的过程 A衰变式 Z衰变特点 粒子实际上是原子 在空气中射程短 穿透力弱 但电离本领大 防护材料 一张纸可档住 粒子 主要考虑内照射 2 2 衰变 定义 有三种类型即 电子俘获 母 子体核间只发生原子序数的增减 中子和质子转换 不改变其质量数 衰变过程 是核内中子变为质子 即z 1 电子俘获则是核内质子变为中子 即z 1 粒子能量分布可以从零到最大值 形成连续能谱 在能量约1 3处 谱线有一峰值P3 一般图表上所给出的能量 都是指它们的最大能量 电子俘获 EC 原子核从核外俘获一个电子 使核内一个质子变 二 核衰变类型及规律 2 1 衰变 定义 放射性核素的核自发地放出 粒子变为另一种新核素的过程 A衰变式 Z衰变特点 粒子实际上是原子 在空气中射程短 穿透力弱 但电离本领大 防护材料 一张纸可档住 粒子 主要考虑内照射 2 2 衰变 定义 有三种类型即 电子俘获 母 子体核间只发生原子序数的增减 中子和质子转换 不改变其质量数 衰变过程 是核内中子变为质子 即z 1 电子俘获则是核内质子变为中子 即z 1 粒子能量分布可以从零到最大值 形成连续能谱 在能量约1 3处 谱线有一峰值P3 一般图表上所给出的能量 都是指它们的最大能量 电子俘获 EC 原子核从核外俘获一个电子 使核内一个质子变 二 核衰变类型及规律 2 1 衰变 定义 放射性核素的核自发地放出 粒子变为另一种新核素的过程 A衰变式 Z衰变特点 粒子实际上是原子 在空气中射程短 穿透力弱 但电离本领大 防护材料 一张纸可档住 粒子 主要考虑内照射 2 2 衰变 定义 有三种类型即 电子俘获 母 子体核间只发生原子序数的增减 中子和质子转换 不改变其质量数 衰变过程 是核内中子变为质子 即z 1 电子俘获则是核内质子变为中子 即z 1 粒子能量分布可以从零到最大值 形成连续能谱 在能量约1 3处 谱线有一峰值P3 一般图表上所给出的能量 都是指它们的最大能量 电子俘获 EC 原子核从核外俘获一个电子 使核内一个质子变 二 核衰变类型及规律 2 1 衰变 定义 放射性核素的核自发地放出 粒子变为另一种新核素的过程 A衰变式 Z衰变特点 粒子实际上是原子 在空气中射程短 穿透力弱 但电离本领大 防护材料 一张纸可档住 粒子 主要考虑内照射 2 2 衰变 定义 有三种类型即 电子俘获 母 子体核间只发生原子序数的增减 中子和质子转换 不改变其质量数 衰变过程 是核内中子变为质子 即z 1 电子俘获则是核内质子变为中子 即z 1 粒子能量分布可以从零到最大值 形成连续能谱 在能量约1 3处 谱线有一峰值P3 一般图表上所给出的能量 都是指它们的最大能量 电子俘获 EC 原子核从核外俘获一个电子 使核内一个质子变 2 1 衰变 定义 放射性核素的核自发地放出 粒子变为另一种新核素的过程 A衰变式 Z衰变特点 粒子实际上是原子 在空气中射程短 穿透力弱 但电离本领大 防护材料 一张纸可档住 粒子 主要考虑内照射 2 2 衰变 定义 有三种类型即 电子俘获 母 子体核间只发生原子序数的增减 中子和质子转换 不改变其质量数 衰变过程 是核内中子变为质子 即z 1 电子俘获则是核内质子变为中子 即z 1 粒子能量分布可以从零到最大值 形成连续能谱 在能量约1 3处 谱线有一峰值P3 一般图表上所给出的能量 都是指它们的最大能量 电子俘获 EC 原子核从核外俘获一个电子 使核内一个质子变 为中子 核外电子排列K层最近 被俘获的可能性最大 往往又称K俘获 衰变特点 粒子穿透能力较 强 但电离本领较 弱 防护材料 有机玻璃 铝等低原子序数物质可有效阻挡贝塔射线2 3 衰变定义 原子核从较高能级跃迁到较低级时 基级 所发射的电磁辐射 衰变过程 衰变不改变原子核组成 不产生新的核素 只发生能级跃迁 其衰变式为 衰变特点 射线不带电 为极短的电磁波 穿透能力很强 防护材料 用混凝土 钡水泥 铅 铁等重物质屏蔽材料阻挡 2 4 放射性核素衰变图衰变类型表示方法 以线条表示 人们可以直观而方便地从衰变图上看出某种核素的衰变类型2 5X射线 来源于核外的电磁辐射 上面介绍的轫致辐射 Am z X A z X 51Cr 51V 9 91 EC 24 23 三 放射性核素衰变规律3 1单次衰变 各种放射性核素衰变时 放出射线和能量不同 衰变的速率也有快慢 但各种放射性核素却有共同的衰变规律 对任何单一的放射性核素的原子核数目 N 随时间 t 按指数规律衰减 衰变公式如下 N N0e t式中 N为经t时间衰退变后的原子核数目 N0为t等于o时的原子核数目 为衰变常数 t为衰变时间 真正应用的公式是I Ioe t3 2递次衰变递次衰变是放射性核素通过多次衰变 才变为稳定性核素 在系列衰变过程中 在一定条件下 母 子体存在暂态平衡和长久平衡的动态平衡 3 3常用的几种物理常数 1 衰变常数 单位时间内一个原子核的衰变几率 它是一个固定的值 与核素的半衰期有关 它反映该种核素衰变的快慢 值大半衰期短小衰变快 反之则慢 以秒为量纲 0 693 T1 2 2 T1 2 半衰期 放射性核素的原子核数目衰变到原来一半所需时间 为此可根据不同应用要求 选用合适半衰期核素 保证应用的合理性 经济投入的效益高 T 1 2 0 693 3 T 平均寿命 放射性核素的衰变规律 随时间延长按指数规律衰减 N Noe t 对某核素而言 有的衰变很早 有的衰变晚 寿命不一样 往往用平均寿命表示 平均寿命即某核素的平均存活时间 是衰变常数的倒数平均寿命是半衰期的1 44倍 226 88 222 86 218 84 214 82 1 T ln2 0 693 1 44T1 2 Ra Rn Po Pb 核衰变图 42 He Z 1 中子变质子 Z 1 质子变中子 X 来源于核外的电子辐射 EC 同 电磁波 X 来源于核外的电子辐射 EC 同 第二节射线与物质的相互作用1 1带电粒子与物质的相互作用 1 电离和激发电离激发轫致辐射2 电离密度 带电粒子在入射物质的路径中 可形成一定数量的离子对 在单位路径长度上形成的离子对数称为电离密度 单位是离子对数 厘米 3 传能线密度 带电粒子在一种物质中穿行时单位长度路径上与电子碰撞粒子能量的损失程度 单位Mev cm 1 2电子与物质的相互作用1 轫致辐射 带电粒子入射时 受物质原子核电场作用改变方向 同时伴生x线辐射现象2 散射 带电粒子通过物质时受阻 改变入射运动方向的现象 e e x 弹性散射 非弹性散射 电子运动方向发生了改变 但是辐射量不变 1 3 吸收与射程 1 吸收 带电粒子入射物质损失能量 当其能量全部或接近全部损失时 导致入射的射线不复存在的现象 2 射程 射线 粒子 被吸收前 在物质中所行径的直线路程mg cm23 半吸收厚度 半阶层 使其活度减少一半的物质厚度3 光子与物质的相互作用 4 中子与物质的相互作用 中子的质量与质子质量大约相等 且同 射线一样 也不带电 因此 中子与原子核或电子间没有静电作用 中子与物质相互作用时 主要是与原子核间的核力相互作用 而与壳层电子不会发生作用 中子和物质的相互作用类型主要取决于中子能量 根据中子能量的高低 把中子分为慢中子 能量小于5千电子伏 其中能量为0 025电子伏的称为热中子 中能中子 能量范围为5 100千电子伏 和快中子 0 1 500兆电子伏 三种 e e 光电效应 康普顿效应 电子对效应 反冲电子 1 反冲核一中子将一部分能量传给被碰壁的原子核 使其脱开壳层电子而运动的核 2 弹性散射一使物质的其它原子发生电离和激发 中子本身速度减慢而改变方向的现象 3 非弹性散射一在散射前后 中子和原子核总动能不守恒的一类散射 它主要是快中子引起的 4 核反应 慢中子引起的核反应 仅限于较重的原子核 快中子引起的核反应 5 中子与机体的作用 快中子与机体组织中H C O和N核间的弹性散射 弹性散射产生的反冲质子和反冲核 以及 n 和 n p 反应产生的质子和 粒子 使机体组织产生电离 以上反应中均放出 射线 形成机休组织的间接电离 因此中子对机体的危害是很大的 第三节常用辐射量及其单位一 辐射量与单位名称符号定义SI旧专用单位互换放射性活度A N tBqCiIci 3 7 1010Bq照射量X Q mc kg 1RIR 2 58 10 4c kg 1照射量率X X tc kg 1h 1R min 1吸收剂量D E mGyJ kg 1radIGy 100rad吸收剂率D D tGy h 1J kg 1 h 1比释动能KdEtr dmJ kg 1Gy剂量当量HD Q NJ kg 1SvremISv 100rem剂量当量率H H tJ kg 1 h 1SV h 1当量剂量HT RHT R DT R WRJ kg 1Sv有效剂量HE THTWTJ kg 1 h 1Sv h 1还有待积剂量当量 集体当量剂量 剂量负担 用于环境和个人监测的使用量 周围剂量当量 定向剂量度 个人剂量 加权器官